Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПЫЛЬЦЫ НА ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ ГИБРИДНОГО ПОТОМСТВА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПЫЛЬЦЫ НА ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ ГИБРИДНОГО ПОТОМСТВА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ"

/¡-З^дп

На правах рукописи

ББКИШ Любовь Петровна

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПЫЛЬЦЫ НА ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ ГИБРИДНОГО ПОТОМСТВА ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург - 2005

Работа выполнена в ГНУ Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

¡Научный руководитель: доктор биологических наук

Никифоров Олег Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Лискер Иосиф Семенович

кандидат сельскохозяйственных наук Синицы на Светлана Михайловна

Ведущая организация:

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства имени Н.И.Вавилова

Защита диссертации состоится 1 июня 2005 г, в 15,00 часов на заседании диссертационного совета Д006.001.01 в Агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу: 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направить по адресу:

195220, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14, АФИ

Автореферат разослан 30 апреля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

М.В.Архипов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одним из главных источников успешного решения продовольственной проблемы является значительное повышение производства зерна, которое неразрывно связано с успехами селекционной работы. Большое значение приобретает селекция сортов, которые сочетают высокую зерновую продуктивность с хорошим качеством продукции. Они должны стабильно сохранять свои положительные свойства в любых условиях выращивания.

В этой связи проблема создания ценного исходного материала для селекции новых сортов является весьма актуальной. Имеющийся в распоряжении селекционеров генофонд той или иной культуры не может полностью обеспечить решение поставленных задач, так как интенсивная селекционная практика в значительной степени исчерпала потенциальные возможности ряда сельскохозяйственных культур. В сложившейся ситуации возникает необходимость разработки новых методов изменения наследственности, которые давали бы возможность в большом масштабе индуцировать мутационную или ре-комби на тивную изменчивость. К настоящему времени имеется достаточно мутагенов физической и химической природы. Они оказывают относительно «грубое» действие на генетические структуры клетки и физиолого-биохимические процессы. Это приводит к формированию потомства с пониженной жизнеспособностью, что отрицательно сказывается при использовании его в селекции.

Экспериментальные данные показали, что лазерное излучение обладает мутагенным действием При облучении генеративных органов и сухих семян растений. Это обусловило формирование нового направления в экспериментальном мутагенезе. Несмотря на положительные результаты, оно развивается медленно, в связи с тем, что механизмы действия лазерного облучения на биологические объекты до сих пор не изучены Известно, что только при определенном сочетании параметров лазерного облучения наблюдаются цитогенетиче-ские и генетические эффекты.

Наибольший интерес вызывают факты, свидетельствующие о цитогенетическом действии непрерывного, в том числе низкоинтенсивного, лазерного излучения видимой области спектра, тепловыми и ударными эффектами которого при воздействии на биологический объект можно пренебречь. В большинстве работ использовался гелий-неоновый лазер с длиной волны в красной области спектра. Так, у кукурузы в результате такого облучения семян и пыльцы были получены мутационные изменения по скороспелости, качеству зерна, повышению урожайности, появлению двухпочатковости (Девят-ковД978). Облучая зрелую пыльцу чистых линий кукурузы гелий-неоновым лазером с Х=632,8 нм с плптнпгтьм..мппп<ости 9. мВт/смг экспозицией 5-240 минут, Рудь и соавторы получиц^ф^хэдственно измененные признаки по скороспелости

предлагают использовать лазерный свет с экспериментальном мутагенезе высших растений (Рудь и др.,1974,1979). Другие авторы пришли к выводу, что облучение генеративных органов (в частности, пыльцы) является средством фотоиндуцированного изменения генетического аппарата (Ключарева и др., 1974)

Кроме того, заслуживает внимания факт использования лазерного излучения в качестве рекомбиногена при обработке гибридов томатов (Бурилков и др., 1981). Однако работы в этом направлении малочисленны, а механизм до конца не выяснен. Поэтому вопросы изучения влияния лазерного облучения пыльцы перед гибридизацией с целью повышения эффективности селекционных работ, являются весьма актуальными.

Цель и задачи исследований; Целью исследований является разработка метода использования лазерного облучения пыльцы для получения рекомбинантов при работе с яровым ячменем.

Поскольку вопросы, связанные с воздействием лучей лазера на пыльцу ярового ячменя перед опылением и дальнейшим развитием формообразовательных процессов в гибридах не изучены, перед нами стояли следующие задачи:

1. Изучить влияние лазерного облучения пыльцы на ее жизне- и оплодотворяющую способность. Установить возможность повышения завязываем ости гибридных семян.

2. Изучить эмбриологические особенности формирования гибридного семени при воздействии лазерного облучения на пыльцу перед опылением.

3. Установить влияние лазерного облучения на поведение гибридного потомства.

4. Проследить динамику развития в ряду поколений таких признаков как завязываемость семян, продолжительность вегетационного периода, высота растений, масса зерен с растения и масса 1000 семян.

5. Отобрать из полученного материала ценные в селекционном отношении формы.

Научная новизна работы. Впервые изучен стимулирующий эффект гелий-неонового лазера (длина волны Х-632,8 нм), мощностью 20 мВт/см3 при гибридизации дву - и шестирядных ячменей вида Ног-deum vulgare с предварительным облучением пыльцы лазерным лучом перед опылением.

Были вскрыты особенности морфофизиологических процессов у гибридов, полученных при опылении облученной пыльцой. Было обнаружено оригинальное явление, связанное с увеличением разнообразия потомства в первом (Fl) и во втором (F2) гибридных поколениях.

Практическая значимость работы. При опылении облученной пыльцой были вскрыты особенности морфофизиологических процессов у гибридов. Выявлены нарушения на определенных этапах эм-брио - и эндоспермагенеза, приводящие к ускорению темпов разви-

тия зародыша и эндосперма.

Установлено специфическое действие излучения гелий-неонового лазера на увеличение разнообразия растений в зависимости от генотипа. Отработана методика облучения пыльцы для повышения завязываем ости гибридных семян. Выявлен широкий спектр разнообразия по основным хозяйственно-полезным признакам, что позволило выделить формы, представляющие интерес в качестве исходного материала для селекции.

Использование лазерного облучения пыльцы перед скрещиванием позволит селекционерам получать скороспелые, высокопродуктивные формы ярового ячменя.

Положения, выносимые на защиту

- Особенность состояния пыльцы после воздействия на нее лазерным облучением, характеризуемая длительностью экспозиции лазерного облучения.

- Эффект воздействия лазерного облучения на характер поведения гибридного потомства зависит не только от длительности экспозиции облучения, но и от генотипа используемых в гибридизации сортов.

- Лазерное облучение пыльцы расширяет спектр разнообразия количественных и адаптационных признаков, определяющих продуктивность гибридного потомства.

Реализация результатов исследований

В результате исследований получен ценный исходный селекционный материал в количестве 560 номеров, который передан в лабораторию новых методов селекции ячменя Всесоюзного селекционно-генетического института (г.Одесса) и в лабораторию селекции зернофуражных культур ГНУ Ленинградского НИИСХ.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ряде совещаний, конференций, симпозиумах в период 1984-2004г. в том числе: Координационном совещании «Методы и режимы выращивания растений в установках искусственного климата и культивационных сооружениях защищенного грунта для целей селекции и овощеводства», г. Саратов, СХИ; на координационном совещании «Разработать методики выращивания растений в регулируемых условиях на ранних стадиях селекционного процесса», С.Петербург, АФИ; на семинаре «Сорт - как фактор интенсификации земледелия» в Лен. НИИСХ; на научно-производственном семинаре «Роль лазерной техники и электрон но-ионной технологии в сельском хозяйстве» в Каз. ГУ, УНПО «Биофизика», Алма-Ата; на первой молодежной конференции ботаников г. Ленинграда, БИН; на конференции по вопросам эмбриологии г. Кишинев, Бот. сад АН МССР; на конференции в НПО «Немчиновка», Москва; на координационном совещании в НПО «Элита Поволжья»; на симпозиуме по вопросам посевного материала «Производство высококачественного материала и

его влияние на урожайность» в Университете им Мартина Лютера в г. Галле, Германия; на научной практической конференции «Агрофизики XXI века», С.-Петербург, АФИ.

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, предложений производству и списка литературы, изложена на 134 страницах компьютерного текста, содержит 30 таблиц и 34 рисунка. Список литературы включает 237 наименований, из них 39 зарубежных,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы, определены цели и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая значимость работы.

1, Обзор литературы

В данной главе дается анализ изученности вопросов, касающихся влияния лазерного облучения на растительные объекты.

Раскрыта эффективность использования низкоинтенсивного, непрерывного лазерного излучения красной области спектра в качестве стимулирующего, мутагенного и рекомбиногеиного фактора, недостаточность освещения в литературе вопросов воздействия лазерного облучения на растительные объекты, обосновывает необходимость проведения исследовательских работ по яровому ячменю с использованием лазерного облучения пыльцы перед гибридизацией.

2. Объекты, методика и условия проведения опытов

2.1. Объекты и методы исследования

Объектами исследований служили сорта двурядного и шести-рядного ячменя, принадлежащих к разновидностям: pallidum, nutans, erectum, полученные из коллекции ВИР, и в частности пыльца ярового ячменя сортов, используемых в скрещивании в качестве отцовского компонента.

Свежесобранную пыльцу из пыльников средних колосков облучали лазерным лучом в непрерывном режиме, при комнатной температуре, экспозицией 1, 2, 5, 10, 20 и 30 минут. Контролем служила необлученная пыльца. Для определения жизнеспособности пыльцы использовали ацетокарминовый метод и методику определения жизнеспособности пыльцы ио-Шардакову и по-Диакону (Паушева,1980),

После облучения пыльцу использовали для опыления. Одновременно проводили контрольные скрещивания при использовании не-облученной пыльцы, В каждом варианте опыляли не менее 50 цветков. Учитывали процент завязавшихся зерновок в контрольном и опытных вариантах путем подсчета количества опыленных цветков и

завязавшихся семян.

Изучение процесса опыления и оплодотворения, а также развития зародыша И эндосперма проводили по общепринятой цитоэм-бриологической методике с приготовлением постоянных микропрепаратов (Паушева,1980). Размеры зародыша (длина, ширина) определяли на микропрепаратах с помощью микрометра по продольным и поперечным осям зародыша. При этом учитывали размеры их зерновок.

Энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян определяли по ГОСТу 12038-84, массу 1000 зерен по ГОСТу 12042-66. Учитывали высоту семидневных проростков и проводили подсчет числа первичных корешков у десяти проростков. Завязавшиеся семена выращивали по 5 растений в вазоне.

В период роста и развития растений проводили фенологические наблюдения, учитывали длину вегетационного периода от всходов до колошения. Начало колошения отмечали по выходу наполовину колоса из влагалища листа. Параллельно проводили морфофиапологические наблюдения конусов нарастания контрольного и опытного вариантов. Учитывали изменчивость отдельных количественных признаков по вариантам опыта в поколениях (высота растения, длина колоса, количество колосков в колосе, число зерен в главном колосе, масса зерна с растения и масса 1000 семян).

В опыте по изучению влияния экспозиций лазерного облучения пыльцы на завязываем ость гибридных семян использовали сорта двухрядного и шести рядного ячменя из коллекции ГНУ ВИР, принадлежащих к ботаническим разновидностям pallidum, nutans, erec-tum: к-25298 pallidum Северный, СЗНИИСХ, Ленинградская обл.; Д-5 pallidum Гатчинский, СЗНИИСХ, Ленинградская обл., К-24705 pallidum Рассвет, Красноярский край; к-19329 pallidum Тимирязевский 85, Московская обл.; Д-102 nutans Виола, Молдавия; к- 18095 erectum Bonkuf korai, Венгрия; к-28041 nutans S-369, Мексика; к-28033 Coeleste S-354, Мексика; к-28044 erectum S-372, Мексика; к-28022 pallidum S-34G, Мексика; Д-320 nutans К М 246-/78, ЧССР; Д-329 nutans R-1702, ЧССР; Д-222 nutans Caracle, Великобритания.

В эксперименте по изучению влияния лазерного облучения пыльцы различной экспозиции на получение разнообразия в первом и втором поколении, а также поведение измененных признаков в третьем и четвертом поколении использовали сорта ярового ячменя Северный и Рассвет. Подбор пар для скрещивания проводили по принципу контрастности сортов по фазам вегетационного периода.

В качестве материнской формы использовали местный сорт Северный, который выведен методом индивидуального отбора из сложной гибридной популяции Майя X Бонус х Варде. Ботаническая разновидность - pallidum. Высота - (7 9-95см). Сорт среднеспелый, вегетационный период-75-85 дней. Биологической особенностью сорта является очень быстрый рост на первых этапах развития. Сорт поражается мучнистой росой.

В качестве отцовской формы использовали сорт Рассвет, полученный скрещиванием канадского сорта Гейту эй с сортом Червонец. Ботаническая разновидность - pallidum. Раннеспелый, вегетационный период от всходов до колошения 39 дней, от всходов до созревания 80 дней. Высота растений -100-120 см.

2.2. Условия проведения опытов.

Гибридные растения F1 и Гг выращивали в вегетационных сосудах (по 5 шт. в каждом), причем сосуды с растениями находились в лабораторных условиях при естественном освещении, a F % - в боксах при непрерывном освещении (18-20 тыс. люкс) и температуре воздуха 20-25 "С. В почву для набивания сосудов добавляли торф и минеральные удобрения из расчета N-100, Р-100, К-100-200 мг/кг почвенной смеси. Влажность почвы поддерживали в пределах 50-70%от ППВ. Полив проводили трижды в неделю, температура воды-16-18°С.

Гибридные семьи F3 и F4 выращивали в поле на делянках 1 n.M., при ширине междурядий 30 см. Посев проводили на опытных полях ГНУ Ленинградского НИИСХ П. Белогорка.

2.3. Приборы и оборудование

В процессе работы в качестве физического фактора воздействия использовали лазерное облучение. Источником монохроматического когерентного света служил гелий-неоновый лазер ЛГ-75 с плотностью мощности лучистого потока 20 мВт/см! И длиной волны 632,8 нм.

Для цитологических исследований применяли бинокулярный оптический микроскоп МБР-3.

Микрофотографирование проводили с помощью фотоаппарата марки «Зенит» на пленке типа «Микрат-200» и «Микрат-300».

Статистическую обработку результатов исследования проводили на ПК класса ^Пентиум», с использованием программы «Statgraphics Statistical Graphics System» 3. Особенности формирования гибридного семени при воздействии лазерного облучения па пыльцу перед опылением

3.1 Влияние лазерного облучения на жизне- и оплодотворяющую способность пыльцы

Одним из основных показателей, характеризующих жизнеспособность пыльцы, является активность ферментов, участвующих в дыхании (Паушева,1980). Для оценки лазерного влияния на жизне- и оплодотворяющую способность пыльцы была прослежена динамика изменения активности дыхательных ферментов от экспозиции облучения.

Результаты эксперимента показали, что лазерное облучение пыльцы в течение 1, 2 и 5 минут увеличивает ее жизнеспособность до 25%, Увеличение экспозиции облучения до 20 минут приводит к ее снижению (рис.1).

Установлена взаимосвязь жизнеспособности пыльцы (У) от экспозиции облучения ее лазерным лучом (X) Показано наличие прямой корреляции (г=0,6) и ее достоверность на 5% уровне значимости.

Показана стимуляция ж из не - и оплодотворяющей способности пыльцы по завязываем ости семян у гибрида Северный х Рассвет в вариантах с экспозицией лазерного облучения 1, 2 и 5 минут. Максимальная завязываемость относительно контроля наблюдается при экспозиции облучения 1 минута, минимальная - при 20 минутной обработке (рис.2).

15 20 25 30

Э КСПОЗИ ЦИЯ.М И н.

Рис. 1. Влияние экспозиции лазерного облучения на жизнеспособность пыльны

20 25 30 экспозиция, мин

Рис.2. Влияние экспозиции лазерного облучения пыльцы на завязываемость гибридных семян Северный х Рассвет

Приведенные в таблице 1 данные показывают влияние лазерного облучения пыльцы на завязываемость семян в зависимости от сортовых особенностей. Установлено, что при одноминутной обработке пыльцы лазерным лучом завязываемость гибридных семян в опытном варианте в 1,5-2 раза выше, чем в контроле в восьми из двенадцати комбинаций скрещивания.

Таблица 1. Влияние лазерного облучения пььтьцы на завязываемость семян. % Комбинация Контроль Опыт (экспозиция об-скрещивания_(без облучения)_лучения 1 мин.)

5-372 х ВапсиГ кога! Вааки! коса! х 5-372 Б-ЗбЭ х 3 -372 Н-1702 х Виола Рассвет х 11-1702 Виола х Е-1702 Б-372 х СагаЫе 11-1702 х Вапки! кога1 ВапкиГ кога! х Рассвет Б-372 х Э-372 К-1702 х К-1702 Рассвет х Рассвет

7,1 66,6 90,9

24.3

50.0 41,9

44.4

31.5 15,3

42.1 56,0 30,8

9,Г 52,5 83,3 54,5* 46,1 46,6* 50,0* 35,3 33,7* 60,0* 78,9 57,1*

В среднем по комбинациям

43,2

50,в

Результаты эксперимента по выявлению зависимости завязываем ости гибридных семян от экспозиции облучения и сортовых особенностей показали, что максимальная завязываемость отмечена при экспозиции 1 минута. Увеличение продолжительности экспозиции от 5 до 10 минут приводила к ее незначительному увеличению (табл.2).

Таблица 2. Влияние продолжительности облучения пыльцы на завязываемость семян. %_

Комбинация Экспозиция облучения, мин.

скрещивания 0 1 5 10

И-1702х Виола 24,3 54,5* 17,6 62,5*

Рассвет х Й-1702 50,0 46,1 54,5* 81,3*

Северный х Северный 32,0 72,0* 55,0* 28,0

Рассвет х Рассвет 30,8 57,1* 50,0* 46,6*

11-1702 х Л-1702 7 в,а 56,0 51,7 15,4

В среднем по комбинациям 43,7 57,1 45,8 46,8

'Различия достоверны.

Отсутствие линейной зависимости доза-эффект при межсортовых скрещиваниях объясняется не специфичностью воздействия лазерного излучения на генеративные клетки. Эффект воздействия и соответствующая ему доза облучения зависят от генотипов, вовлекаемых в скрещивание форм и состояния генеративной системы в момент опыления,

3.2, Эмбриологические особенности формирования гибридного семени после воздействия лазерного облучения на пыльцу

Сопоставление результатов изучения эмбриологических процессов, происходящих при скрещивании в контроле и при лазерном воздействии на пыльцу перед опылением (опыт) выявило характер нарушений и их взаимосвязь с экспозицией лазерного облучения.

Обращают на себя внимание нарушения, связанные либо с ускорением, либо с замедлением темпов оплодотворения, сингамии и тройного слияния, развития зародыша и эндосперма и имеющие взаимосвязь с экспозицией облучения. Замечено, что экспозиция облучения в I минуту ускоряет, а экспозиция 30 минут замедляет темп эмбриологических процессов.

В процессе эмбриогенеза у злаковых растений выделены «критические фазы», характеризующиеся специфическими морфологическими и физиолого-биохимическими показателями. У ячменя первой «критической фазой» является стадия закладки эмбриодермы, когда начинается экспоненциальный рост зародыша (Иа0аи),1979), Следующей «критической фазой» является стадия автономности зародыша, когда зародыш независим от материнского организма и начинает формировать щиток и апекс побега (Батыгина, Васильева, 1983).

Обнаружено, что критические фазы в развитии зародыша ячменя в варианте с 1 минутной лазерной обработкой наступает на три-четыре дня раньше по сравнению с контрольным вариантом.

4. Влияние лазерного облучения на хозяйственно-й и »логические признаки первого поколения 4.1.Всхожесть, рост и развитие Проростков гибридных семян

Анализ результатов лазерного воздействия в зависимости от сортовых особенностей на начальные рост и развитие гибридов выявил стимуляцию в варианте с экспозицией 1 минута не только по завязьгваемости, но и по всхожести гибридных семян для четырех из семи комбинаций скрещивания: 5-372 х СагаЫе, ВапсгИ кота! х Рассвет, Рассвет х Рассвет, Б.-1702 х Н-1702, ипгибирование в комбинации 11-1702 х Виола и отсутствие какого-либо эффекта в комбинациях 11-1702 х Вапс1Л кога! и Рассвет х Н-1702 (табл.3).

Таблица 3. Влияние одноминутного лазерного облучения на всхожесть семян. %

Комбинации Завязывав мость Всхожесть

Контроль Опыт Контроль Опыт

8-372 х СагаЫе 44,4 50,0' 25,0 80,0*

Н-1702 х Вапси! кот 31,5 35,2* 100,0 100,0

Вапси! кога! х Рассвет 15,3 33,7* 88,6 100,0*

Рассвет х Рассвет 30,8 57,1* 66,6 91,6*

Рассвет х Е-1702 50,0 46,1 83,3 83,3

Н-1702 х Н-1702 56,0 78,9 70.9 83,0*

Н-1702 х Виола 24,3 54,5* 100,0 83,3

•Различия достоверны.

Определен эффект стимуляции по длине десятидневных проростков в шести из девяти комбинаций скрещивания (табл.4).

Таблица 4. Влияние одноминутного лазерного облучения пыльцы на длину семидневных гибридов проростков Р1

Комбинация скрещивания

Длина проростков, см

Контроль

Опыт

Б-372 х Бапки£ кога! 20,0±2,3 22,2±3,4*

Вапкг^ коп» х Б - 372 14,4±3,5 12,2±2,5

5-369 х 5-372 16,1 ±2,4 13,1±1,8

Н-1702 х Н-1702 11,4±3,1 14,2±2,0*

И-1702 х Виола 11,0±2,8 12,9+2,3*

Н-1702 х Северный 14,0±2,6 15,7±2,3*

Рассвет х Рассвет Н,7±2,4 12,9±3,1*

Б-372 х Сагас1е 15,5±1,6 12,9±2,8

И-1702 х Вапки£ кога* 12.5±3,4 15.5±3,7*

'Различия достоверны.

4.2 Изменение продолжительности вегетационного периода гибридов первого поколения под влиянием лазерного облучения.

Результаты фенологических наблюдений показали, что лазерное облучение влияет па прохождение этапов органогенеза. Полученные данные свидетельствуют о широкой вариабельности признака по вариантам облучения.

Таблица 5. Влияние экспозиции лазерного облучения на длину вегетационного периода гибридных растений Г1 Северный х Рассвет, %

Длина Экспозиции облучения, мин

вегетацио н кого 0 гибриды

периода, дни С?) <с?> 0 1 2 5 10 20

60-64 0 100 0 25 38 75 0 0

65-69 0 0 100 75 38 25 40 0

72-82 100 0 0 0 24 0 60 100

Приведенные в таблицах 5 и 6 данные показывают появление форм, выколашивающихся на 3-8 дней раньше чем контроль при межсортовом скрещивании в вариантах с экспозициями от 1 до 5 минут и при внутри сортовом опылении в вариантах с 1 и 10 минутной лазерной обработкой.

Таблица 6. Влияние длительности экспозиции облучения пыльцы с. Северный на продолжительность вегетационного периода, в %

Длина вегетационного _Экспозиция облучения, мин._

_периода, дни_0_1_10_30

50-53 0 33 100 0

54-58 100 50 0 67

59-64 0 17 0 33

Длительные экспозиции до 20-30 минут приводят к появлению форм, выколашивающихся позже контроля на 3-6 дней.

•1.3. Влияние экспозиции лазерного облучения пыльцы на изменчивость количественных признаков.

При внутрисортовом опылении сорта Северный имеются достоверные различия по высоте растений, числу колосков в колосе, числу зерен в главном колосе, массе зерна с главного колоса и массе 1000 зерен в вариантах с экспозициями облучения 1, 10 и 30 минут относительно контроля. Во всех вариантах наблюдается стимуляция по признакам, определяющим продуктивность растений. Наибольший эффект по высоте растений, числу колосков, числу зерен и массе зерна с колоса наблюдается при экспозиции облучения 10 минут (табл.7).

Таблица 7. Влияние лазерного облучения пыльцы на развитие количественных признаков при внутрисортовом опылении сорта Северный

Экспози- Высота Число Число Масса, г

ция, растений, колосков, зерен, зерна с 1000 зерен

мин. см шт. шт. глав, колоса

О(контроль) 66,8+3,3 43,8±3,8 26,2±2,0 0,60±0,04 20,Э±1,8

1 77,8+3,1* 48,0±3,1* 32,7±3,0* 0,6 8± 0,05* 27>2±2,0*

10 89,5±4,0* 56,0±2,0* 44,5±3,5* 1,14±0,7* 25,5±2,0*

30 75,0±1,0* 42,0±3,0 26,5±2,8 0,89±0,8* 31,0±2,4*

Анализ результатов влияния экспозиции лазерного облучения на показатели структурного анализа гибридов (Северный х Рассвет) показали достоверное снижение высоты растений во всех опытных вариантах. Максимальное снижение показателя высоты отмечено в вариантах с длительностью облучения в 2 и 5 минут относительно контроля (рис.3).

95 ■ . j

80-

7sj

"I

«а J

_

% >г Ш

10 20 30

о I 2 i

КйПИМЛ

Рис. .3. Нгсга1с:жа10вммлауср1>)тйтучен№г ¡ввыллу nfpiua первого покопаем (Сежриый х Рааяст)

Приведенные данные в таблице 8 свидетельствуют о широкой вариабельности признаков, определяющих продуктивность гибридных растений Р1 Северный х Рассвет. По числу колосков главного колоса во всех опытных вариантах показано снижение показателя относительно контроля. По числу и массе зерен с основного колоса установлено увеличение показателей относительно контроля при экспозициях в 1 и 2 минуты. Существенное превышение показателя наблюдалось в варианте с экспозицией в 30 минут по массе 1000 зерен, за счет меньшего числа зерен в колосе, в остальных вариантах наблюдалось снижение.

Таблица 8. Влияние лазерного облучения пыльцы перед скрещиванием

на рост и развитие гибридов F1 Северный и Рассвет

Экспозиция, мин. Высота растений, см Число, шт. Масса, г

колосков зерен зерна с глав, колоса 1000 зерен

0(контроль) 90,0*3,4 66,0±2,1 37,0±3,0 1,9±0,3 51,0±1,0

1 85,0±3,6 48,0±3,0 44,0±3,5* 2,2±0,4* 50,0±1,2

2 65,0±3,6* 57,0±4,5 48,0±5,0* 2,0±0,5* 41,0±1,5

5 65,0±3,6* 39,0±2,4 29,0±2,1 1,010,2 37,0±0,4

10 73,8±1,7* 44,0±4,2 30,0±2,8 1,0±0,3 37,0±0,8

20 80,0±0,5* 60,0±0,8 44,0±3,7* 1,4±0,3* 31,0±0,7

30 66,0±1.8* 54,0±2,2 23,0±2,0 1,3±0,3 7,0*0,9*

5. Влияние лазерного облучения пыльцы на разнообразие потомства

второго поколения,

5.1 Влияние лазерного облучения пыльцы на продолжительность вегетационного периода.

Результаты фенологических наблюдений за развитием растений второго поколения потомств показали появление большего спектра разнообразия по вегетационному периоду по сравнению с контрольным вариантом.

При внутрисортовом опылении среднеспелого сорта Северный наибольший выход скороспелых форм показан при экспозиции облучения 1 и 10 минут (табл.9).

Таблица 9. Влияние лазерного облучения пыльцы сорта Северный на длину вегетационного периода. %

Экспозиция, Длина вегетационного периода, дней

мин. 33 35 зе 37 38 39 41 42 43 44 45

0( контроль) - - - - - - - 100 - - -

1 4,2 4,2 1,4 5,6 9,8 19,7 - 46,7 - 8,4 -

10 _ - - - 13,0 30,4 4,3 13,0 30,4 - 8,6

30 - - - - - - - - 100 - -

У гибрида Г2 Северный х Рассвет выход наиболее скороспелых потомств отмечен в вариантах при экспозиции облучения 2,5,10 и 20 минут. Максимальное количество скороспелых форм показан при облучении в течение 20 минут (табл.10).

Таблица 10, Влияние лазерного облучения пыльцы на характер расщепления го длине вегетационного периода гибридов Р2 Северный х Рассвет

Экспозиция, мин. _Формы, %_

_Скороспелые_Среднеспелые_Позднеспелые

0(9) - 75,0 25,0

0(<?) 75,0 25,0

0(?х<5) - 75,0 25,0

1 - 75,0 25,0

2 33,4 66,6 0

5 50,1 16,6 33,4

10 25,0 75,0

20 75,0 25,0

30 -_7^0_25,0

5.2 Влияние лазерного облучения на характер изменчивости хозяйственно- цеиных признаков

Анализ растений второй генерации при внутрисортовом опылении с. 11-1702 показал появление широкого спектра изменений по хозяйственно полезным признакам.

Показана взаимосвязь характера воздействия лазерного облучения от экспозиции (г= -0,9). Установлено, что с увеличением экспо-

зиции облучения наблюдается снижение высоты до минимального значения в варианте при длительности облучения в 10 минут (рис.4).

о г 4 в в (о!

эьспоэмцня.чмн. -

Рис.4 Влияние экспозиции лазерного облучения на изменение высоты при внутрисортовом опылении с. 11-1702

Наблюдается стимулирующий эффект при 1 минутной экспозиции по длине колоса, числу продуктивных стеблей, числу зерен С основного колоса и со всего растения, по массе зерна с растения.

Показано, что при экспозиции облучения 5 минут происходит появление форм с большим числом колосков, увеличением массы зерна с главного колоса и массы 10ОО зерен, а 10 - минутная обработка приводит к увеличению числа продуктивных стеблей с растения, числа зерен массы зерна с растения.

5.3 Влияние экспозиции облучения на характер изменения хозяйственно-полезных признаков у гибрида Т2 Северный х Рассвет

Данные, приведенные в таблице 11, свидетельствуют о появлении широкого спектра изменений по признакам, обуславливающим продуктивность гибридов.

Таблица 11. Влияние лазерного облучения на изменение хозяйственно-ценных признаков у гибридов Г2 Северный х Рассвет (условия бокса)

Экспозиция. Вы см Ддива мин. колоса, см

Число зерен_ с растения, шт.

Масса

основного колоса, г

1000

0(9) 44,1 ± 1,9 25,3±0,1 25,3*0,4 0,46*0,1 39.3*7,7

0(<3) 6 8,9 ±2,4 3,9*0,1 18,3*3,1 0,81 ±0,1 44,0*6,0

0 (V х с?) 55,0*1,9 4,2±0,04 1?,7±2,4 0,6*0,04 32,2*1,6

1 65,9±3,1* 4,4*0.04* 21,3*0,5* 0,5*0,1 25,4*2,6

2 47,0±1,6* 4,3—0,1 19,7*2,0 0,5*0,2 43,0*6,1*

5 53,0*1,3 4,2*0,1 15,5*1,1 0,5*0,1 31,9*1,3

10 53,6*1,2 3,5±0,04* 13,8*2,4 0,5*0,1 33,0*1,3

20 54,9*1,0 4,2*0,1 8,5*2,0 0,3*0,1" 25,9*3,1

При экспозиции I минута происходит увеличение, а при 2 минутной обработке снижение высоты гибридного растения.

Стимулирующий эффект показан при экспозиции 1 минута по длине колоса и числу зерен в колосе. По массе зерна с растения во всех опытных вариантах наблюдается снижение показателя относительно контроля. По массе 1000 зерен отмечено увеличение с максимумом значения в 2 минуты облучения.

6. Роль лазерного облучения в селекции ярового ячменя

6.1. Влияние лазерного облучения на репродуктивные функции ярового ячменя

Установлена достоверная обратная корреляция в сильной степени между уровнем завязываемости семян и экспозицией облучения пыльцы при получении гибридных семян г= -0,79, а также обратная корреляция средней степени между этими признаками в П (г= -0,62) и в Т2 (г= - 0,54).

Причем, что наиболее эффективной экспозицией облучения для повышения завязываемости семян для гибрида Северный х Рассвет является I минута (табл.12)

Таблица 12. Влияние экспозиции облучения на изменение завязываемости гибридных семян Северный х Рассвет в ряду поколений, в %

Экспозиция, мин. Р1 Р2 гз

0( контроль) 32,0 56,0 70,0

1 72,0* 92,0* 63,0

2 62,0* 85,0* 32,0*

5 55,0 73,0 65,0

10 27,0 67,0 66,0

20 5.0* 73,0 32,0*

30 8,0* 43.0* 20,0*

'Различия достоверны.

Подобное заключение дает основание полагать, что экспозиция в 1 минуту приводит к стимуляции завязываемости семян, которая сохраняется в ряду поколений и может быть полезна селекционерам (рис.5).

Г

I 100 Т |Д>1 ирг 1

I

I

|

А!

0 I 2 Ъ 10 20 30 !

! экспозиции, мн н !

Рис.5. Влияние экспозиции облучения на изменение завязываемости гибридных семян Северный X Рассвет в ряду поколений

6,3 Использование лазерного облучения дли отбора скороспелых и высокопродуктивных форм ячменя

Анализ динамики проявления признака скороспелости показывает, что с увеличением экспозиции выход скороспелых форм увеличивается и максимально проявляется при облучении в течение 20 минут (табл. 13).

Таблица 13. Появление скороспелых форм в Р1-РЗ в зависимости от экспозиции облучения у гибридов Северный х Рассвет, % Экспозиция, мин_Р1__Р2 _ _ РЗ

0( контроль) - - -

1 25,0 _

5 75,0 50,0 8,2

10 - 25,0 13,9

20 - 75,0 26,6

Данные по элементам продуктивности гибридов третьего поколения позволили сделать заключение о том, что экспозиция облучения в 20 минут, которая является оптимальной для получения скороспелых форм, приводит в конечном итоге к снижению продуктивности растений (табл.14).

Установлена оптимальная экспозиция в 5 минут, при которой сохраняется довольно высокий выход скороспелых форм (8,2%) (табл.13), снижается высота растений относительно контроля, сохраняется высокая продуктивность растений (табл.14).

Таблица 14. Характеристика гибрида РЗ Северный х Рассвет по элементам

прод уктивности

Экспозиция облучения, мин. Высота раС' тения, см - Длина колоса, СМ Число зерен, шт. Масса зерен, г с растения 1000 шт.

0( контроль) 84,4 8.2 29,0 1,5 43,4

1 95,3* 9,1 49,1 2,0 40,8*

2 82,6* 6.7 25,7 1,4 43,8

5 80,1* 7,6 32,2 1,6 44,9*

10 87,8* 9,2 29,6 1.6 43,4

20 86,3* 9,3 24,2 1,0 36,7 *

•Различия достоверны.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что лазерное облучение пыльцы с длительностью экспозиции от 1до 5 минут может быть действенным методом получения скороспелых, высокопродуктивных форм ярового ячменя.

Анализ выхода ценных семей от экспозиции лазерного облучения, показал, что при длительности экспозиции 5 и 20 минут появляется наибольшее количество измененных семей с положительными хозяйственно-полезными признаками (табл.15).

На основании фактических данных нами впервые на культуре' ярового ячменя установлено, что при использовании лазерного облучения пыльцы перед опылением и правильном подборе длительности экспозиции облучения и генотипа вводимых в скрещивание сортов можно индуцировать стимулирующий эффект, который проявляется в повышении жизнеспособности пыльцы, завязываемости гибридных семян, ускорении роста и развития на начальных этапах органогенеза; получать константные измененные формы по высоте, длине колоса, числу зерен с растения, массе зерна с растения и массе 1000 зерен.

На основании результатов исследования были сделаны следующие основные выводы.

ВЫВОДЫ

1. Изучение влияния облучения пыльцы лазерным лучом с длиной волны 632,8 нм, мощностью лучистого потока 20 мВт/см2 при длительности экспозиций 1,2,5,10,20 и 30 минут позволило впервые на культуре ярового ячменя установить наличие стимулирующего эффекта на начальных этапах развития растений и значительного увеличения разнообразия форм в последующих поколениях.

2. Стимулирующий эффект лазерного облучения пыльцы проявляется в повышении ее жизнеспособности, ускорении темпов эмбриологических процессов, увеличении завязываемости семян, их всхожести и силы роста.

3. Установлены оптимальные экспозиции лазерного облучения, повышающие жизнеспособность пыльцы на 25% (1,2 и 5 минут), ускоряющие темпы развития зародыша и эндосперма (1 мин.), увеличивающие завязываем ость семян в 1,5-2 раза (1,2 и 5 минут) и их всхожесть (1 мин.).

4. Показано, что увеличение длительности экспозиции облучения пыльцы до 20-30 минут приводит к снижению ее жизнеспособности и некоторым нарушениям при протекании эмбриологических процессов.

5. Установлена обратная корреляция сильной степени между уровнем завязываемости семян и экспозицией облучения пыльцы в Го (г®= -0,79), которая сохранялась в средней степени в Г} (г= -0,62) и

(г= -0,54).

6. Оценка четырех гибридных популяций в лабораторных и полевых условиях показала, что в вариантах использования облученной пыльцы наблюдается значительное увеличение разнообразия растений в Г] и по хозяйственно-ценным признакам в сравнении с контролем, при этом максимальный выход скороспелых форм отмечен в

Таблица 15. Влияние экспозиции лазерного облучения на выход ценных семей, % Экспозиция

облучения, мин.

1 13,0 13,0

2 13,0 27,0

5 30,0 31,0

10 14,0 21,5

20 25,0 46,0

Fa при облучении пыльцы в течение 20 минут, короткостебельных форм при экспозиции 2, 5 и 10 минут.

7. При изучении селекционной ценности семей F3 и F4 гибрида Северный х Рассвет установлена тенденция увеличения количества семей с отдельными положительными признаками и свойствами при экспозиции облучения пыльцы от 2 до 20 минут.

Предложения производству Разработан метод лазерного облучения пыльцы перед гибридизацией для стимуляции завязываем ости, всхожести гибридных семян, роста и развития гибридных растений на начальных этапах, получения скороспелых, продуктивных, устойчивых к болезням форм ярового ячменя с целью сокращения объема работ и срока получения исходного селекционного материала.

Список опубликованных работ:

1. Матвеева ЛЛ. Стимулирующее действие лазерного облучения на пыльцу перед гибридизацией. Сборник научных трудов СЗНИИСХ. «Нетрадиционные методы селекции зерновых культур и кормовых трав в Северо - Западной зоне РСФСР, Л, 1985, с. 118-123.

2. Ватыгина Т.Е., Матвеева ЛЛ. Эмбриология гибридов ярового ячменя первого поколения при облучении пыльцы перед Скрещиванием лазерным лучом. Сборник научных трудов СЗНИИСХ, «Нетрадиционные методы селекции зерновых культур и кормовых трав в Северо - Западной зоне РСФСР». JI, 1985, с.123-129.

3. Матвеева ЛЛ. Использование лазерного облучения пыльцы для отбора скороспелых и высокопродуктивных форм ярового ячменя. Сборник научных Трудов СЗНИИСХ »Селекция, семеноводство и технология возделывания зерновых культур в Северо-Западной зоне РФ». Л, 1986, с.88-92.

4. Матвеева Л Л.Особенности эмбриогенеза Hordeum vulgare L. при действии лазерного излучения на пыльцу перед опылением. Труды 1 Молодежной колф. ботаникой г. Ленинграда, Л., 1986, с.84-91.

5. Матвеева ЛЛ, Использование лазерного облучения пыльцы перед гибридизацией в селекции ярового ячменя. Сборник научных трудов АФИ * Система интенсивного культивирования растений »Л, 1987, 129-136,

6. Матвеева ЛЛ Использование лазерного излучения для улучшения качества семян. В кн. «Qualitatssaatgut-Produ-ktton und Ertragsbeeinflussung», Band З.ГаллеГДР,1988, c.23-25.

7. Матвеева Л.П. Влияние лазерного облучения пыльцы на некоторые физиологические параметры гибридов при селекции ярового ячменя Сб. научных трудов «Использование искусственного климата в селекции с/х куль-тур»Л„]988, с.98-104.

8. Бекиш ЛЛ, Никифоров O.A., ЕшиСаев А А, Поцкладыш В.Н. Применение лааерной техники в селекции растений. Мат-лы научной сессии «Научные проблемы создания новых сортов с/х культур», Л,,1998, с.12-13.

9. Бекиш ЛЛ Влияние лазерного облучения на поведение гибридов ярового ячменя Труда! международной научно-практической конференции АФИ «Агрофизика XXI века», С-Петербург, 2002, с.170-174.

Научное издание, Ш20-печать ООО "ИННОВАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ" Лицензия ПЛД К? 69-253. Подписано к печати 28 апреля 2005 г., тир. 100 эм.